3. Конструкция и расположение опытных скважин при откачке

Опытные откачки, будучи относительно дорогостоящим видом опытных работ, оказываются оправданными и выполняют свое на­значение лишь при соблюдении необходимых требований к качеству бурения и к оборудованию скважин, которые обеспечивают мини­мальное искажение фильтрационных свойств пород прискважинной зоны и небольшие входные сопротивления фильтра. Это особенно важно для скважин, предназначенных для одиночных откачек. В наблюдательных скважинах необходимо ограничивать сопротивле­ния прифильтровых зон в пределах, обеспечивающих их малую инерционность (см. раздел 5.4).

При выборе конструкций опытных скважин исходным моментом является намеченная схема опробования водоносных слоев изучае­мого пласта (комплекса), которое может быть суммарным или раз­дельным. Для гарантии качества опыта центральная скважина чаще всего должна быть совершенной по отношению к опробуемому пла­сту. Несовершенные сквожуны из-за из очевидных недостатков (см. раздел 5.4) целесообразны лишь в заведомо изотропных однород­ных пластах сравнительно большой мощности (более 20 м), в мощных пластах с равномерно убывающей по глубине проницаемо­стью (без разделяющих прослоев), а также при необходимости диф­ференцированной оценки профиля проницаемости.

Результаты наблюдений решающим образом зависят от изоля­ции водоносных слоев вдоль ствола наблюдательной скважины и от качества фильтра, определяющего ее инерционность. Поэтому обя­зательным является опробование наблюдательных скважин экс­пресс-наливами для оценки инерционности. В слабопроницаемых пластах, наряду с обычными наблюдательными скважинами, можйо рекомендовать пьезометры, оборудованные преобразователями дав­ления (см. раздел 5.4). Использование таких малоинерционных пье­зометров, оборудованных гирляндами изолированных друг от друга преобразователей, позволяет резко повысить информативность и на­дежность опытной откачки как с позиций ее диагностики, так и для непосредственной оценки расчетных параметров.

Общее число наблюдательных скважин, проходимых на опробу­емый водоносный комплекс, должно определяться в зависимости от граничных условий и степени плановой однородности слагающих его пород, о которой можно судить по геологическим материалам, а также по данным опытных работ, проведенных на предшествующих этапах изысканий. Наблюдательные скважины располагаются в пре­делах предварительно рассчитанной площади развития депрессион- ной воронки, в пределах той ее зоны, где ожидаемое конечное пони­жение, определенное расчетами, не менее 20 см. В связи с этим желательно бурить наблюдательные скважины после устройства И прокачки центральной скважины, что дает ориентировочные пред­ставления о фильтрационных свойствах пород на опробуемом участ­ке. Наряду с наблюдательными скважинами, непосредственно фик­сирующими влияние опробования, следует предусматривать распо-

В свете экономии на объемах бурения.

ложение хотя бы одной наблюдательной скважины вне области вли­яния опытного опробования — для выявления возможных фоновых изменений естественного режима (в частности, обусловленных коле­баниями атмосферного давления, изменениями уровней поверхност­ных вод и т.п.).

Заметим, что в настоящее время обоснование рациональной рас­становки наблюдательных скважин разработано явно недостаточно, и в этом направлении необходимо проведение обстоятельных иссле­дований. Некоторые соображения и рекомендации по этому поводу [23 ] приводятся ниже применительно к конкретным условиям опро­бования, типизация которых была дана в разделе 5.2.

Схема I (см. раздел 5.2). Исходя из целесообразности определе­ния параметров способами временного и площадного прослеживания следует задавать две, а лучше три наблюдательные скважины, рас­полагаемые в пределах предварительно рассчитанной зоны эффек­тивного влияния откачки. Первую скважину следует помещать на расстоянии rj от центральной, приблизительно равном мощности пласта, так как здесь напоры по вертикали (в однородном изотропном пласте) практически одинаковы. Последующие же скважины реко­мендуется располагать получу, увеличивая расстояние между ними по закону геометрической прогрессии (исходя из примерно логариф­мической формы пьезометрической кривой). Для наблюдений можно использовать как совершенные, так и несовершенные пьезометры, однако в зоне г < m желательно ориентироваться только на совершен­ные скважины, особенно если есть основания ожидать проявления профильной анизотропии или неоднородности (см. раздел 5.4).

Схема II-1 (см. раздел 5.2). Общий вид рекомендуемого опытно­го куста показан на рис. 7.1 [23 ]. Наряду с пьезометрами на основной пласт, располагаемыми аналогично схеме I, откачки, направленные на оценку взаимодействия пластов, должны сопровождаться одним- двумя пьезометрами на смежный водоносный горизонт: эти пьезо­метры целесообразно располагать в первую очередь рядом с теми (ближайшими) наблюдательными скважинами на основной пласт, где измеряемые понижения напоров максимальны.

При относительно больших мощностях слабопроницаемых раз­деляющих слоев, когда ожидается заметное проявление в них упру­гого режима фильтрации, откачка должна сопровождаться измере­ниями понижений напоров в этих слоях. Для этого необходимо иметь хотя бы две-три точки измерений вдоль мощности слоя, привязанных в плане к первой наблюдательной скважине на основной пласт. Ис­ходя из реальной продолжительности опыта, такого рода измерения следует планировать, по крайней мере, в случаях слабопроницаемых глинистых пород с ориентировочными коэффициентами фильтрации (определенными по лабораторным испытаниям) примерно 10'⁴ м/сут и менее при их мощности, превышающей 5 м.

Рис. 7.1. Схема опытного куста при опробовании взаимодействующих пластов:

I - основного; II - взаимодействующего; III - разделяющего; Q - центральная скважина; Н.. - Я» _? - О наблюдательные скважины на основной пласт; Hjj_j ~ Нц~2 пьезометры на взаимодейстующий пласт;

^111-1' ^111-2 ~ пьезометры на разделяющий пласт

ЗАДА ЧА. Определите ориентировочное время передачи возму­щения от почвы до кровли разделяющего слоя при & -10 м/сут, т

♦ -4-Т

* 5 м и характерном коэффициенте упругоемкости Г)_р = 10 м (воспользуйтесь формулой (5.3)).

Фильтры пьезометров на слабопроницаемый разделяющий слой располагаются в первую очередь в части, прилежащей к основному пласту. Они должны иметь длину I, значительно меньшую, чем мощ­ность слоя т_р, т.е. К (1/4-1 /5)т_р (так как измеряемые напоры меняются вдоль вертикали). Наиболее эффективно можно использо­вать для таких измерений гирлянду малоинерционных преобразова­телей (см. выше).

Схема П-2 (см. раздел 5.2). Учитывая отмеченные в разделе 5.4 недостатки, свойственные несовершенным скважинам, в подавляю­щем большинстве случаев надо использовать схему суммарного оп­робования гетерогенного пласта, ограниченного комплексами отно­сительно водоупорных пород, достаточно четко выделяемыми по об­щим геологическим предпосылкам. Раздельное или позонное опро­бование может рассматриваться как вынужденное, обусловленное большой мощностью (многие десятки метров) слоистого пласта или комплекса трещиноватых пород. В слоистых пластах такое опробо­вание должно ориентироваться на слои или группы слоев, достаточно резко (хотя бы в нёеколько раз) отличающиеся от соседних по про­ницаемости, а в трещиноватых комплексах без фиксированного ниж­него водоупора мощность зоны опробования должна увязываться с возможным заглублением эксплуатационных скважин.

При суммарном опробовании гетерогенного пласта откачка дол­жна проводиться как минимум при трех-четырех наблюдательных скважинах, учитывая возможную невыдержанность по мощности разделяющих прослоев или неравномерный характер трещиновато­сти. Расположение наблюдательных скважин аналогично схеме од­нородного напорного пласта. Схема раздельного опробования требу­ет заметного увеличения числа наблюдательных скважин за счет пьезометров на смежные слои или зоны, что не гарантирует, однако, надежной интерпретации результата.

Как показано в разделе 5.3, наблюдательные скважины должны оборудоваться на всю мощность пласта, на которую оборудована центральная скважина. Если это требование не удовлетворено по каким-либо соображениям технического характера, то желательно- располагать фильтр пьезометра исходя из его соответствия положе­нию середины фильтра центральной скважины: здесь понижения напоров примерно отвечают средневзвешенным по мощности вели­чинам.

Схема 1П-1 (см. раздел 5.2). Согласно рис. 7.2 [23], рядом с пьезометрами Hj и Н₂ нужно задавать пьезометры-«дублеры» Н/ и Н₂ в верхнем слое с небольшим заглублением под уровень свободной поверхности. Такие пьезометры должны иметь «точечный» характер (практически их длина не должна превышать 1 м), поскольку в связи с перетеканием в покровном слое напоры существенно меняются по глубине, так что при соизмеримых размерах фильтра пьезометра и мощности покровного слоя интерпретация данных становится нере­альной. Кроме того, при неоднородном строении и большой мощно­сти покровных отложений целесообразно добавить точечный пьезо­метр Ну", закладываемый на границе литологических слоев.

Рис. 7.2. Схема опытного куста при откачке в двухслойном пласте Q - центральная скважина; Hj-Hj - пьезометры на основной слой; Ну ,Н₂, Ну

- пьезометры-«дублеры» на слабопроницаемый слой

Схема III-2 (см. раздел 5.2). Рекомендуемая схема расстановки пьезометров в сравнительно однородном безнапорном пласте показа­на на рис. 7.3 [23 ]. Первый пьезометр Ну рекомендуется задавать при Гу ~0,5Л_о и делать совершенным, так как здесь еще сильно выражена изменчивость напоров по вертикали. Рядом устанавливают дублер на свободную поверхность Ну. Затем на расстоянии г₂ ~ h устанав­ливают пьезометр в средней части Н₂ с пьезометрами-дуолерами у свободной поверхности и у подошвы пласта. Здесь по дублерам про­веряют выравнивание напоров по вертикали (при однородном строе­нии уровни в этих скважинах должны быть близки между собой).

Кроме того, задают скважины #₃ и #₄ на расстояниях г₃ * 2h_Q и г₄ = Ah_Q. В однородном пласте их фильтры устанавливают в интервале глубин (0,4+0,5)А_о под свободной поверхностью, а в неоднородном пласте их обычно следует приурочивать к интервалу наиболее про­ницаемых прослоев. При сравнительно небольшой мощности пла­стов все наблюдательные скважины целесообразно делать совершен­ными; для уменьшения длины фильтровой зоны такие скважины можно оборудовать прерывистым фильтром.

Рис. 7.3. Схема опытного куста при откачке в однородном безна­порном пласте:

Нj-Hj - основные пьезометры; , #2 * #2 ' пьезометры-«дублеры»